JPH04265208A - 焼結原料用窒化アルミニウム粉末及びその製造法 - Google Patents
焼結原料用窒化アルミニウム粉末及びその製造法Info
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- JPH04265208A JPH04265208A JP3047435A JP4743591A JPH04265208A JP H04265208 A JPH04265208 A JP H04265208A JP 3047435 A JP3047435 A JP 3047435A JP 4743591 A JP4743591 A JP 4743591A JP H04265208 A JPH04265208 A JP H04265208A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、易焼結性で高熱伝導性
の焼結原料用窒化アルミニウム粉末とその製造法に関す
るものである。
の焼結原料用窒化アルミニウム粉末とその製造法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】電子機器材料等に用いられる窒化アルミ
ニウム(以下「AlN」という)焼結体は均一に焼結さ
れ、緻密で且つ高熱伝導性であることが必要である。緻
密な焼結体用原料を得るため、特開昭50ー23441
号では、希土類元素に代えて安価なCaOを0.1〜1
0重量%添加する例が、また特開昭58ー55377号
では、Ca0を0.1〜6重量%添加する例が開示され
、特開平2−160610号では、CaO換算で0.1
〜2重量%をアルミナ還元時に添加する方法が開示され
ている。しかしながら、これらの発明によるCa成分の
添加はAlN粉末に易焼結性を付与出来るが、その反面
、濃度が高いため得られた焼結体に焼結むらを生じ、焼
結体の特性を低下させる虞がある。又、特開昭59ー5
0008号では、得られたAlN粉末中に、Ca元素と
して0.015重量%含有している例が示されているが
、カーボンを1000ppmも含有しており、焼結性や
熱伝導性が悪いものと推察される。
ニウム(以下「AlN」という)焼結体は均一に焼結さ
れ、緻密で且つ高熱伝導性であることが必要である。緻
密な焼結体用原料を得るため、特開昭50ー23441
号では、希土類元素に代えて安価なCaOを0.1〜1
0重量%添加する例が、また特開昭58ー55377号
では、Ca0を0.1〜6重量%添加する例が開示され
、特開平2−160610号では、CaO換算で0.1
〜2重量%をアルミナ還元時に添加する方法が開示され
ている。しかしながら、これらの発明によるCa成分の
添加はAlN粉末に易焼結性を付与出来るが、その反面
、濃度が高いため得られた焼結体に焼結むらを生じ、焼
結体の特性を低下させる虞がある。又、特開昭59ー5
0008号では、得られたAlN粉末中に、Ca元素と
して0.015重量%含有している例が示されているが
、カーボンを1000ppmも含有しており、焼結性や
熱伝導性が悪いものと推察される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】発明者らは、原料とし
て高純度アルミナでなく普通純度アルミナを用いても高
純度であり、易焼結性で焼結むらを生じなく、且つ高熱
伝導性のAlN粉末を得ることについて研究を進め、上
記目的を達成するためには、Ca添加量を適正にし炭素
量を最小限に抑え、かつ得られたAlN粉末の加圧嵩密
度を所定範囲のものとすることが必要であることを見い
だし本発明を完成した。
て高純度アルミナでなく普通純度アルミナを用いても高
純度であり、易焼結性で焼結むらを生じなく、且つ高熱
伝導性のAlN粉末を得ることについて研究を進め、上
記目的を達成するためには、Ca添加量を適正にし炭素
量を最小限に抑え、かつ得られたAlN粉末の加圧嵩密
度を所定範囲のものとすることが必要であることを見い
だし本発明を完成した。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、カルシ
ウム化合物をCa元素換算で0.010〜0.030重
量%, 酸素含有量0.6〜1.1重量%を含有すると
共にFe・Si等の不可避的陽イオン不純物が金属元素
として400ppm以下,炭素含有量300ppm以下
で、平均粒径1〜5μm,500kg/cm2での加圧
嵩密度が1.50〜1.90g/cm3であることを特
徴とする焼結原料用窒化アルミニウム粉末及び、上記A
lN粉末の最適の製造法として、実質的にα−アルミナ
を含有せず、カルシウム塩溶液に浸漬しCa元素換算で
0.008〜0.025重量%含有させた遷移アルミナ
を用い、且つカーボン使用量を少量に規制した条件下で
窒化反応を減圧精製処理を経ながら進行させることによ
って達成される。
ウム化合物をCa元素換算で0.010〜0.030重
量%, 酸素含有量0.6〜1.1重量%を含有すると
共にFe・Si等の不可避的陽イオン不純物が金属元素
として400ppm以下,炭素含有量300ppm以下
で、平均粒径1〜5μm,500kg/cm2での加圧
嵩密度が1.50〜1.90g/cm3であることを特
徴とする焼結原料用窒化アルミニウム粉末及び、上記A
lN粉末の最適の製造法として、実質的にα−アルミナ
を含有せず、カルシウム塩溶液に浸漬しCa元素換算で
0.008〜0.025重量%含有させた遷移アルミナ
を用い、且つカーボン使用量を少量に規制した条件下で
窒化反応を減圧精製処理を経ながら進行させることによ
って達成される。
【0005】本発明に係る焼結用窒化アルミニウム粉末
の組成としては、全て内割であるが以下の条件を充足す
ることが必要である。 1)カルシウム化合物の含有量がCa元素として 0.
010〜0.030重量%であることが必要で、0.0
10重量%未満では低温焼結性が不十分で、0.030
重量%を超えるとCaの偏在を生じて焼結むらが出易い
。なお、このCa化合物は酸化カルシウム又はアルミン
酸カルシウム等の状態で含有されているものと推定され
る。 2)Fe・Si等の不可避的陽イオン不純物が0.04
0重量%以下で、0.040重量%を超えると、AlN
粉末の焼結性を確保し、焼結体の熱伝導率の低下を抑制
することが困難になるので好ましくない。 3)酸素含有量は、0.6〜1.1重量%の範囲で、0
.6重量%未満では焼結性が悪く焼結温度が高くなり、
1.1重量%を超えると焼結体の熱伝導率の低下を生じ
る。 4)炭素含有量は300ppm以下であることがAlN
粉末の良好な焼結性を確保するために必要であって、着
色が好ましくない場合には出来るだけ少ない方がよい。 即ち、アルミナ還元法によって得られるAlN粉末の場
合、脱炭処理が不十分であるとカーボンが残留する。A
lN粉末の焼結に際して、炭素含有量が300ppmを
超えると、AlN粉末中の酸素が消耗されるため液相焼
結が適切に発生せず焼結が不完全となる。又、焼結体を
着色させるので、用途によっては不適当である。
の組成としては、全て内割であるが以下の条件を充足す
ることが必要である。 1)カルシウム化合物の含有量がCa元素として 0.
010〜0.030重量%であることが必要で、0.0
10重量%未満では低温焼結性が不十分で、0.030
重量%を超えるとCaの偏在を生じて焼結むらが出易い
。なお、このCa化合物は酸化カルシウム又はアルミン
酸カルシウム等の状態で含有されているものと推定され
る。 2)Fe・Si等の不可避的陽イオン不純物が0.04
0重量%以下で、0.040重量%を超えると、AlN
粉末の焼結性を確保し、焼結体の熱伝導率の低下を抑制
することが困難になるので好ましくない。 3)酸素含有量は、0.6〜1.1重量%の範囲で、0
.6重量%未満では焼結性が悪く焼結温度が高くなり、
1.1重量%を超えると焼結体の熱伝導率の低下を生じ
る。 4)炭素含有量は300ppm以下であることがAlN
粉末の良好な焼結性を確保するために必要であって、着
色が好ましくない場合には出来るだけ少ない方がよい。 即ち、アルミナ還元法によって得られるAlN粉末の場
合、脱炭処理が不十分であるとカーボンが残留する。A
lN粉末の焼結に際して、炭素含有量が300ppmを
超えると、AlN粉末中の酸素が消耗されるため液相焼
結が適切に発生せず焼結が不完全となる。又、焼結体を
着色させるので、用途によっては不適当である。
【0006】次に、本窒化アルミニウム粉末の具備すべ
きその他の特性値としては、以下の条件を充足すること
が必要である。 1)平均粒径範囲が1〜5μmで、1μm未満ではAl
N粉末の酸素吸着量が大きくなり焼結体の熱伝導率を低
下させ、5μmを超えると焼結性が悪くなり、焼結温度
が高くなる。 2)加圧嵩密度(500kg/cm2)が1.50〜1
.90g/cm3で、1.50 g/cm3未満では成
形時のグリーン密度が小さく、焼結温度が高くなり、1
.90g/cm3を超えると成形時のグリーン密度が大
きくなり過ぎ脱脂等が困難になり、焼結むらが生じ易く
、焼結ソリ,焼結クラック等が発生し易くなる。
きその他の特性値としては、以下の条件を充足すること
が必要である。 1)平均粒径範囲が1〜5μmで、1μm未満ではAl
N粉末の酸素吸着量が大きくなり焼結体の熱伝導率を低
下させ、5μmを超えると焼結性が悪くなり、焼結温度
が高くなる。 2)加圧嵩密度(500kg/cm2)が1.50〜1
.90g/cm3で、1.50 g/cm3未満では成
形時のグリーン密度が小さく、焼結温度が高くなり、1
.90g/cm3を超えると成形時のグリーン密度が大
きくなり過ぎ脱脂等が困難になり、焼結むらが生じ易く
、焼結ソリ,焼結クラック等が発生し易くなる。
【0007】以下に、上記組成及び特性値を有する焼結
用窒化アルミニウムの製造法を説明する。 A.原料 1)アルミナ 実質的にα−アルミナを含有しない純度99.9重量%
以上であって、 a)ソーダ分がNa2Oとして0.90重量%以下Al
N粉末製造プロセスでの精製過程にてアルミナ中から気
化し除去されたNa2O分が、その処理炉の内壁を短時
間で汚染することになる。そこで、0.90重量%を超
えないものを使用することが作業サイクル上好ましい。 b)不可避的金属不純物が酸化物として単独で400p
pm以下、合計で1,000ppm以下 この上限を超えると精製除去するのに高温でしかも長時
間の減圧加熱処理が必要となり、経済的でない。又、得
られる焼結体も着色するようになり用途によっては好ま
しくない。 c)含浸被覆されたカルシウム分の含有量がCa元素と
して0.008〜0.025重量% 上記範囲が生成するAlN粉末の低温焼結性や、その焼
結体での焼結むらの発生防止を確保するのに必要な範囲
である。ここで、“含浸被覆された”とは、CaOが遷
移アルミナとは分離・独立して存在することなく、遷移
アルミナ粒子中に含浸状又は被覆状に一体的に存在する
状態をいう。 d)粒径 0.2〜5μm 粒径が5μmを超えると生成AlNの粒径が大きくなり
焼結性が悪くなる。一方、0.2μm未満のものでは、
コスト的にみて好ましくない。 e)BET比表面積 30m2/g以上30m2/g
未満ではAlN化への反応性が悪く、反応条件(温度、
時間)が悪化する。 上記遷移アルミナの製法の一例を次に示す。バイヤー法
ジプサイト型微粒水酸化アルミニウム(純度99重量%
以上、粒径3μm以下のもの)を炭酸水素カルシウム,
塩化カルシウム,硝酸カルシウム,酢酸カルシウムから
選ばれたカルシウム塩の50〜500mg/l水溶液中
に浸漬処理(洗浄手段も含む)した後、例えば50℃/
hr程度の昇温速度で昇温させた後、酸化雰囲気で50
0〜800℃で焼成することによってCaOが含浸被覆
された遷移アルミナを得ることが出来る。なお、コスト
的には劣るが遷移アルミナを前述と同様な水溶液に浸漬
した後、乾燥する方法も採り得る。 2)カーボンブラック 純度99.7%以上、灰分0.3 重量%以下で、粒径
としては0.3μm以下が好ましく、0.3μmを超え
るとアルミナに対する表面被覆効果が不十分となる。ア
ルミナ:カーボン=1:0.36〜0.45(重量比)
で、0.36未満では窒化が不十分となる虞があり、0
.45を超えると脱炭処理が長時間となり、AlN中の
酸素濃度が増加し、燃料コスト等も上昇する。 3)有機高分子化合物 有機高分子化合物としては、1000℃以下で、液相を
経ることなく固相のまま、又は気相を経由して炭素化す
るもので、粒径10μm以下で、例えばフェノールホル
ムアルデヒド樹脂,ポリフェニレン,ポリ塩化ビニリデ
ン,セルロース等が好ましく用いられる。添加量として
はアルミナとカーボンブラックとの総量に対して0.1
〜5重量%で、0.1重量%未満では生成するAlN粉
末の微粒化効果が不十分であり、一方、5重量%を超え
ると、脱炭処理後のAlN粉末中に残存するカーボン量
が多くなり、不適当である。 4)有機粉砕助剤 通常使用されるもので良く、プロピレングリコール,高
級脂肪酸例えばパルミチン酸,ステアリン酸,オレイン
酸等、及び高級脂肪酸のMg,Ca,Ba塩等が用いら
れ、添加量は0.5〜3重量%で、0.5重量%未満で
は使用効果が不十分で、又、3重量%を超えても、コス
トが上がる割には粉砕効率は良くならない。
用窒化アルミニウムの製造法を説明する。 A.原料 1)アルミナ 実質的にα−アルミナを含有しない純度99.9重量%
以上であって、 a)ソーダ分がNa2Oとして0.90重量%以下Al
N粉末製造プロセスでの精製過程にてアルミナ中から気
化し除去されたNa2O分が、その処理炉の内壁を短時
間で汚染することになる。そこで、0.90重量%を超
えないものを使用することが作業サイクル上好ましい。 b)不可避的金属不純物が酸化物として単独で400p
pm以下、合計で1,000ppm以下 この上限を超えると精製除去するのに高温でしかも長時
間の減圧加熱処理が必要となり、経済的でない。又、得
られる焼結体も着色するようになり用途によっては好ま
しくない。 c)含浸被覆されたカルシウム分の含有量がCa元素と
して0.008〜0.025重量% 上記範囲が生成するAlN粉末の低温焼結性や、その焼
結体での焼結むらの発生防止を確保するのに必要な範囲
である。ここで、“含浸被覆された”とは、CaOが遷
移アルミナとは分離・独立して存在することなく、遷移
アルミナ粒子中に含浸状又は被覆状に一体的に存在する
状態をいう。 d)粒径 0.2〜5μm 粒径が5μmを超えると生成AlNの粒径が大きくなり
焼結性が悪くなる。一方、0.2μm未満のものでは、
コスト的にみて好ましくない。 e)BET比表面積 30m2/g以上30m2/g
未満ではAlN化への反応性が悪く、反応条件(温度、
時間)が悪化する。 上記遷移アルミナの製法の一例を次に示す。バイヤー法
ジプサイト型微粒水酸化アルミニウム(純度99重量%
以上、粒径3μm以下のもの)を炭酸水素カルシウム,
塩化カルシウム,硝酸カルシウム,酢酸カルシウムから
選ばれたカルシウム塩の50〜500mg/l水溶液中
に浸漬処理(洗浄手段も含む)した後、例えば50℃/
hr程度の昇温速度で昇温させた後、酸化雰囲気で50
0〜800℃で焼成することによってCaOが含浸被覆
された遷移アルミナを得ることが出来る。なお、コスト
的には劣るが遷移アルミナを前述と同様な水溶液に浸漬
した後、乾燥する方法も採り得る。 2)カーボンブラック 純度99.7%以上、灰分0.3 重量%以下で、粒径
としては0.3μm以下が好ましく、0.3μmを超え
るとアルミナに対する表面被覆効果が不十分となる。ア
ルミナ:カーボン=1:0.36〜0.45(重量比)
で、0.36未満では窒化が不十分となる虞があり、0
.45を超えると脱炭処理が長時間となり、AlN中の
酸素濃度が増加し、燃料コスト等も上昇する。 3)有機高分子化合物 有機高分子化合物としては、1000℃以下で、液相を
経ることなく固相のまま、又は気相を経由して炭素化す
るもので、粒径10μm以下で、例えばフェノールホル
ムアルデヒド樹脂,ポリフェニレン,ポリ塩化ビニリデ
ン,セルロース等が好ましく用いられる。添加量として
はアルミナとカーボンブラックとの総量に対して0.1
〜5重量%で、0.1重量%未満では生成するAlN粉
末の微粒化効果が不十分であり、一方、5重量%を超え
ると、脱炭処理後のAlN粉末中に残存するカーボン量
が多くなり、不適当である。 4)有機粉砕助剤 通常使用されるもので良く、プロピレングリコール,高
級脂肪酸例えばパルミチン酸,ステアリン酸,オレイン
酸等、及び高級脂肪酸のMg,Ca,Ba塩等が用いら
れ、添加量は0.5〜3重量%で、0.5重量%未満で
は使用効果が不十分で、又、3重量%を超えても、コス
トが上がる割には粉砕効率は良くならない。
【0008】B.AlN粉末の製造方法本発明のAlN
粉末は上述の原料を所定量混合した後、次の1)〜4)
の工程順序により製造される。 1)乾式粉砕混合 粉砕混合機としては、ボールミル,回転ボールミル,ア
トライター等が用いられる。粉砕混合により、軽装嵩密
度を0.3〜0.6g/cm3の範囲に調整する。0.
6g/cm3を超えると、反応に必要なN2ガスの通気
が悪くなり反応効率が低下する。 2)窒化反応 混合反応原料をトレーに入れて窒化反応炉内に配置した
後、窒素雰囲気中で、以下以下の加熱、窒化反応を順次
行なう。 2−1)予備加熱:常温から最高1100℃まで、適宜
の昇温速度で加熱する。 2−2)減圧精製処理:800〜1100℃の温度で3
0トール以下の減圧下で加熱することによって、遷移ア
ルミナ中のNa2O,Fe2O3,SiO2,MgO等
の不純物を気化分離しながら窒化反応の開始温度近傍ま
で昇温させる。この際焼結に有利なCa分だけは残留さ
せることが出来る。好ましくは、1〜20トールで10
分〜5時間処理を行う。 2−3)優先窒化処理:次いで、1気圧の窒素雰囲気と
した後、最高1600℃までの昇温過程を20℃/hr
以下、好ましくは10〜17℃/hrの昇温速度とする
ことによって、遷移アルミナ粒の表面のみをまず優先窒
化させることにより、Al2O3粒の結晶成長を抑制し
、延いては生成AlN粒子の粗粒化を抑制する。 2−4)本格窒化処理:次いで、同様な窒素雰囲気中で
1500〜1700℃で10〜70時間処理して、窒化
反応を完結させる。 3)所望による解砕処理 窒化反応終了後の残留カーボンが存在する状態で解砕す
ることによって、AlN粉末中の酸素含有量の増加を適
切に防止しつつ解砕できる。 4)脱炭処理 乾燥空気の流通加熱炉で、500〜600℃で5〜10
時間処理して残留カーボンを除去する。
粉末は上述の原料を所定量混合した後、次の1)〜4)
の工程順序により製造される。 1)乾式粉砕混合 粉砕混合機としては、ボールミル,回転ボールミル,ア
トライター等が用いられる。粉砕混合により、軽装嵩密
度を0.3〜0.6g/cm3の範囲に調整する。0.
6g/cm3を超えると、反応に必要なN2ガスの通気
が悪くなり反応効率が低下する。 2)窒化反応 混合反応原料をトレーに入れて窒化反応炉内に配置した
後、窒素雰囲気中で、以下以下の加熱、窒化反応を順次
行なう。 2−1)予備加熱:常温から最高1100℃まで、適宜
の昇温速度で加熱する。 2−2)減圧精製処理:800〜1100℃の温度で3
0トール以下の減圧下で加熱することによって、遷移ア
ルミナ中のNa2O,Fe2O3,SiO2,MgO等
の不純物を気化分離しながら窒化反応の開始温度近傍ま
で昇温させる。この際焼結に有利なCa分だけは残留さ
せることが出来る。好ましくは、1〜20トールで10
分〜5時間処理を行う。 2−3)優先窒化処理:次いで、1気圧の窒素雰囲気と
した後、最高1600℃までの昇温過程を20℃/hr
以下、好ましくは10〜17℃/hrの昇温速度とする
ことによって、遷移アルミナ粒の表面のみをまず優先窒
化させることにより、Al2O3粒の結晶成長を抑制し
、延いては生成AlN粒子の粗粒化を抑制する。 2−4)本格窒化処理:次いで、同様な窒素雰囲気中で
1500〜1700℃で10〜70時間処理して、窒化
反応を完結させる。 3)所望による解砕処理 窒化反応終了後の残留カーボンが存在する状態で解砕す
ることによって、AlN粉末中の酸素含有量の増加を適
切に防止しつつ解砕できる。 4)脱炭処理 乾燥空気の流通加熱炉で、500〜600℃で5〜10
時間処理して残留カーボンを除去する。
【0009】C.AlN焼結体の製造プロセスAlN粉
末100重量部,焼結助剤1〜5重量部,成形用バイン
ダー7〜15重量部、及びドクターブレード法による成
形の場合には溶媒50〜70重量部を加え混合物の粘度
が100〜200ポイスになるように調整する。上記焼
結助剤としては、汎用されている希土類元素の酸化物(
Y2O3等),アルカリ土類金属酸化物(例えばCaO
,BaO,SrO)が用いられ、所望の焼結条件に応じ
て例えばY2O31〜5部,CaO1〜3部添加される
。成形用バインダーとしては、ポリビニルブチラール,
パラフィン,ステアリン酸等が、溶媒としてはブタノー
ル,メチルエチルケトン,トルエン,エタノール等の単
独またはこれらの混合溶媒が用いられる。以上のものは
、例えばドクターブレード法で成形する場合、ナイロン
製ポット中での20〜48時間のボールミル湿式粉砕を
伴う湿式混合後、減圧下で攪拌処理を行う。0.1気圧
以下で10分〜5時間処理し脱泡と粘度調整を行なう。 次いで、ドクターブレード法によってシート状に成形し
、乾燥後、所望の大きさに切断加工する。次いで空気中
では400〜600℃,N2ガス中では700〜800
℃で脱脂処理を行ない溶媒を揮散させ乾燥グリーン成形
体を得る。なお、常法の金型プレスや静水圧プレス等の
成形加工も適用出来ることは勿論である。次に、焼結反
応炉により常圧焼結を行ないAlN焼結体を得る。常圧
焼結の条件は、N2ガスの1気圧雰囲気(流量1〜10
l/min)下、焼結温度1800℃以下(1700
〜1800℃),焼結時間2〜10時間である。なお、
同様に通常のホットプレス焼結法によってもよいことは
勿論である。
末100重量部,焼結助剤1〜5重量部,成形用バイン
ダー7〜15重量部、及びドクターブレード法による成
形の場合には溶媒50〜70重量部を加え混合物の粘度
が100〜200ポイスになるように調整する。上記焼
結助剤としては、汎用されている希土類元素の酸化物(
Y2O3等),アルカリ土類金属酸化物(例えばCaO
,BaO,SrO)が用いられ、所望の焼結条件に応じ
て例えばY2O31〜5部,CaO1〜3部添加される
。成形用バインダーとしては、ポリビニルブチラール,
パラフィン,ステアリン酸等が、溶媒としてはブタノー
ル,メチルエチルケトン,トルエン,エタノール等の単
独またはこれらの混合溶媒が用いられる。以上のものは
、例えばドクターブレード法で成形する場合、ナイロン
製ポット中での20〜48時間のボールミル湿式粉砕を
伴う湿式混合後、減圧下で攪拌処理を行う。0.1気圧
以下で10分〜5時間処理し脱泡と粘度調整を行なう。 次いで、ドクターブレード法によってシート状に成形し
、乾燥後、所望の大きさに切断加工する。次いで空気中
では400〜600℃,N2ガス中では700〜800
℃で脱脂処理を行ない溶媒を揮散させ乾燥グリーン成形
体を得る。なお、常法の金型プレスや静水圧プレス等の
成形加工も適用出来ることは勿論である。次に、焼結反
応炉により常圧焼結を行ないAlN焼結体を得る。常圧
焼結の条件は、N2ガスの1気圧雰囲気(流量1〜10
l/min)下、焼結温度1800℃以下(1700
〜1800℃),焼結時間2〜10時間である。なお、
同様に通常のホットプレス焼結法によってもよいことは
勿論である。
【0010】
【作用】[1]AlN粉末の製造法
1)遷移アルミナの段階で、Ca分が含浸被覆により担
持されると、Ca分が粒に均一に分散され、窒化反応時
の各昇温加熱過程で、他の陽イオン不純物が揮散分離さ
れる中でCa分がAl2O3粒子表面側に拡散濃縮され
るので、生成したAlN粉末に於いても、その粒の中心
部よりも表面側にCa分が濃縮され、焼結助剤との濡れ
性を良好として、易焼結性になると思われる。 2)乾式粉砕混合により、軽装嵩密度を所定範囲にする
とアルミナ粒子表面をカーボン粒が均一に覆うことにな
り、更に例えばカーボンを発生する固相炭素花有機高分
子化合物の使用と共働して、少量のカーボン量でも均一
な窒化反応が発現される。又、生成するAlN粒の粒成
長を抑制する作用も同時に発現される。 3)「減圧加熱処理」に於いて、加熱温度を従来提案さ
れている条件より200℃程度低い800〜1100℃
での適度の減圧下で処理する事によって、不要な不純物
であるNa2O,Fe2O3,SiO2等を除去しつつ
、焼結に有効なCa分を残留させることが出来る。 4)窒化反応温度への昇温過程で、昇温速度を規制した
段階を経ることによって、Al2O3粒の粒子成長を抑
制しつつ、その表面の優先窒化反応をさせることが出来
、従って生成するAlN粒の粗粒化並びに残存α−アル
ミナの発生等を防止出来る。 [2]AlN粉末 上述の製造法によって得られたAlN粉末はその粒の表
面側にCa分が均一に拡散濃縮されていることから、そ
の含有分の絶対値が少ないにも拘らず、焼結助剤とのな
じみ性が良好で、加圧嵩密度も所定の範囲にあることと
相まって焼結性が改善されるものと推察される。
持されると、Ca分が粒に均一に分散され、窒化反応時
の各昇温加熱過程で、他の陽イオン不純物が揮散分離さ
れる中でCa分がAl2O3粒子表面側に拡散濃縮され
るので、生成したAlN粉末に於いても、その粒の中心
部よりも表面側にCa分が濃縮され、焼結助剤との濡れ
性を良好として、易焼結性になると思われる。 2)乾式粉砕混合により、軽装嵩密度を所定範囲にする
とアルミナ粒子表面をカーボン粒が均一に覆うことにな
り、更に例えばカーボンを発生する固相炭素花有機高分
子化合物の使用と共働して、少量のカーボン量でも均一
な窒化反応が発現される。又、生成するAlN粒の粒成
長を抑制する作用も同時に発現される。 3)「減圧加熱処理」に於いて、加熱温度を従来提案さ
れている条件より200℃程度低い800〜1100℃
での適度の減圧下で処理する事によって、不要な不純物
であるNa2O,Fe2O3,SiO2等を除去しつつ
、焼結に有効なCa分を残留させることが出来る。 4)窒化反応温度への昇温過程で、昇温速度を規制した
段階を経ることによって、Al2O3粒の粒子成長を抑
制しつつ、その表面の優先窒化反応をさせることが出来
、従って生成するAlN粒の粗粒化並びに残存α−アル
ミナの発生等を防止出来る。 [2]AlN粉末 上述の製造法によって得られたAlN粉末はその粒の表
面側にCa分が均一に拡散濃縮されていることから、そ
の含有分の絶対値が少ないにも拘らず、焼結助剤とのな
じみ性が良好で、加圧嵩密度も所定の範囲にあることと
相まって焼結性が改善されるものと推察される。
【0011】
【実施例】以下に実施例,比較例により本発明を具体的
に説明する。 (1)遷移アルミナの調製 バイヤー法ジプサイト型の微粒水酸化アルミニウム[A
](実施例1)、及び[B](実施例2)を用いた。
[A] [B]
Al2O3としての純度 99.5重量
% 99.6重量% Na2O
0.40 〃
0.15 〃 MgO
0.001 〃
0.001 〃 Fe2O3
0.020 〃 0.0
18 〃 SiO2
0.015 〃 0.019
〃 CaO
0.013 〃 0.025 〃
平均粒径 0.
5 μm 2 μm上記
水酸化アルミニウムを、炭酸水素カルシウムをCaCO
3換算で300〜1000ppm含有する水溶液中に適
宜浸漬して含浸被覆されるCa濃度を調整した。次いで
、ロータリーキルンで上記処理した水酸化アルミニウム
を空気雰囲気下で700℃,5時間のか焼処理し、α−
アルミナを含有しない遷移アルミナを得た。次に、カー
ボンブラック(新日鉄化学社製,商品名ニテロン#20
0),フェノールフォルムアルデヒド樹脂粉末(旭有機
材工業社製,商品名AVライト)及びプロピレングリコ
ールを所定量配合し、所定の軽装嵩密度まで乾式混合粉
砕した。
に説明する。 (1)遷移アルミナの調製 バイヤー法ジプサイト型の微粒水酸化アルミニウム[A
](実施例1)、及び[B](実施例2)を用いた。
[A] [B]
Al2O3としての純度 99.5重量
% 99.6重量% Na2O
0.40 〃
0.15 〃 MgO
0.001 〃
0.001 〃 Fe2O3
0.020 〃 0.0
18 〃 SiO2
0.015 〃 0.019
〃 CaO
0.013 〃 0.025 〃
平均粒径 0.
5 μm 2 μm上記
水酸化アルミニウムを、炭酸水素カルシウムをCaCO
3換算で300〜1000ppm含有する水溶液中に適
宜浸漬して含浸被覆されるCa濃度を調整した。次いで
、ロータリーキルンで上記処理した水酸化アルミニウム
を空気雰囲気下で700℃,5時間のか焼処理し、α−
アルミナを含有しない遷移アルミナを得た。次に、カー
ボンブラック(新日鉄化学社製,商品名ニテロン#20
0),フェノールフォルムアルデヒド樹脂粉末(旭有機
材工業社製,商品名AVライト)及びプロピレングリコ
ールを所定量配合し、所定の軽装嵩密度まで乾式混合粉
砕した。
【0012】上記混合原料をトレー内に薄層状に収納し
、そのトレーを棚段状に窒化反応炉中に配置し、950
℃までN2ガスを流しながら250℃/hrの昇温速度
で昇温させ、950℃に保持したまま、N2ガス雰囲気
中15トールまで減圧し、15分間保持した。次いで、
1気圧のN2ガス雰囲気に戻し、1100℃まで50℃
/hrで昇温した後、1500℃まで17℃/hrの昇
温速度で昇温させ、優先窒化処理をした。さらに、16
00℃で40時間保持し、窒化反応を完結させた。次い
で、実施例2の場合、別途解砕処理として常温まで冷却
した後、ボールミルで30分間行なった。さらに、ステ
ンレス皿内に反応混合物を移して電気炉内に装入し、乾
燥空気の流気下で600℃,6時間の脱炭処理を行なっ
た。 上記により得られたAlN粉末の原料組成,化学分析値
,及び得られたAlN粉末の特性値等を表1に示す。
、そのトレーを棚段状に窒化反応炉中に配置し、950
℃までN2ガスを流しながら250℃/hrの昇温速度
で昇温させ、950℃に保持したまま、N2ガス雰囲気
中15トールまで減圧し、15分間保持した。次いで、
1気圧のN2ガス雰囲気に戻し、1100℃まで50℃
/hrで昇温した後、1500℃まで17℃/hrの昇
温速度で昇温させ、優先窒化処理をした。さらに、16
00℃で40時間保持し、窒化反応を完結させた。次い
で、実施例2の場合、別途解砕処理として常温まで冷却
した後、ボールミルで30分間行なった。さらに、ステ
ンレス皿内に反応混合物を移して電気炉内に装入し、乾
燥空気の流気下で600℃,6時間の脱炭処理を行なっ
た。 上記により得られたAlN粉末の原料組成,化学分析値
,及び得られたAlN粉末の特性値等を表1に示す。
【0013】
【表1】
【0014】また比較例として本発明AlN粉末と原料
組成範囲等の異なるものを調製し上記実施例と同一並び
に異なる場合は表2に示す条件にてそれぞれ処理した。 その原料組成,化学分析値,及び得られたAlN粉末の
特性値等を表2に示す。
組成範囲等の異なるものを調製し上記実施例と同一並び
に異なる場合は表2に示す条件にてそれぞれ処理した。 その原料組成,化学分析値,及び得られたAlN粉末の
特性値等を表2に示す。
【0015】
【表2】
【0016】上記表1,表2の化学分析値,物性値の測
定方法について説明する。 (1)Na,Ca,Fe,Si,Mgは蛍光X線分析(
理化電機工業(株)製システム3070)に拠った。 (2)カーボンは、燃焼赤外検出法(堀場製EMIA−
110)に拠った。 (3)BET比表面積は、比表面積自動測定装置(カウ
ンタークロム社製モノソーブMS15型)で測定した。 (4)平均粒径はセディグラフ(島津−マイクロメリテ
ィックス社製5000ET)により測定した。 (5)α−アルミナ量はX線回折により求めた。 (6)酸素含有量は放射化分析法(東芝製放射化分析装
置NAT−200型)により求めた。 (7)加圧嵩密度は40mm×20mmの型に、AlN
粉を15g入れ、500 kg/cm2に加圧し、圧粉
体の大きさ,重量を測定して求めた。
定方法について説明する。 (1)Na,Ca,Fe,Si,Mgは蛍光X線分析(
理化電機工業(株)製システム3070)に拠った。 (2)カーボンは、燃焼赤外検出法(堀場製EMIA−
110)に拠った。 (3)BET比表面積は、比表面積自動測定装置(カウ
ンタークロム社製モノソーブMS15型)で測定した。 (4)平均粒径はセディグラフ(島津−マイクロメリテ
ィックス社製5000ET)により測定した。 (5)α−アルミナ量はX線回折により求めた。 (6)酸素含有量は放射化分析法(東芝製放射化分析装
置NAT−200型)により求めた。 (7)加圧嵩密度は40mm×20mmの型に、AlN
粉を15g入れ、500 kg/cm2に加圧し、圧粉
体の大きさ,重量を測定して求めた。
【0017】
(2)実施例(得られたAlN粉末の特性評価)
AlN粉末:前項(1)で得られたもの
100重量部 焼結助剤:イットリア
2重量部 成形バインダー:ポリビニルブ
チラール 10重量部 溶
媒:ブタノール
60重量部 以上のもの
をナイロン製ポット中で24時間湿式混合後、減圧下で
攪拌しながら脱泡処理し、ドクターブレード法によって
50mm角で1mm厚の試験片を成形した。これを50
0℃の乾燥炉内で脱脂処理し、焼結反応炉でN2ガス雰
囲気下で450℃/hrの昇温速度で焼結温度まで昇温
し、その焼結温度で2時間焼結させ焼結体の密度が理論
密度の99%以上と成る焼結温度を求めた。結果を次の
表3に示す。
AlN粉末:前項(1)で得られたもの
100重量部 焼結助剤:イットリア
2重量部 成形バインダー:ポリビニルブ
チラール 10重量部 溶
媒:ブタノール
60重量部 以上のもの
をナイロン製ポット中で24時間湿式混合後、減圧下で
攪拌しながら脱泡処理し、ドクターブレード法によって
50mm角で1mm厚の試験片を成形した。これを50
0℃の乾燥炉内で脱脂処理し、焼結反応炉でN2ガス雰
囲気下で450℃/hrの昇温速度で焼結温度まで昇温
し、その焼結温度で2時間焼結させ焼結体の密度が理論
密度の99%以上と成る焼結温度を求めた。結果を次の
表3に示す。
【0018】
【表3】
【0019】
【発明の効果】(1)焼結用窒化アルミニウム粉末自体
として、焼結体とした時に高熱伝導性が得られると共に
、 1)少量のCa濃度でありながら充填性も改善されてい
るので、焼結温度を低下することが出来る。これにより
焼結助剤の使用量も削減することが出来、焼結コストを
節減出来る。 2)炭素含有量を低くすることにより、焼結むらが発生
しないなどの焼結性を安定させ着色化も防止することが
出来る。
として、焼結体とした時に高熱伝導性が得られると共に
、 1)少量のCa濃度でありながら充填性も改善されてい
るので、焼結温度を低下することが出来る。これにより
焼結助剤の使用量も削減することが出来、焼結コストを
節減出来る。 2)炭素含有量を低くすることにより、焼結むらが発生
しないなどの焼結性を安定させ着色化も防止することが
出来る。
【0020】(2)焼結用窒化アルミニウム粉末の製造
法として 1)普通純度のアルミナ源より高純度のAlN粉末が得
られる。 2)減圧処理温度を800〜1100℃とすることによ
って、有害不純物であるSi,Fe,Na等の陽イオン
不純物を除去しながら、有用成分であるCa分は残存さ
せることが出来る。 3)微粒化剤やカーボン量を少量化することによって、
微粒化効果を上げつつ製品AlN粉末中のカーボン量を
安定的に減らし、又、脱炭処理が容易になるので酸素含
有量も低レベルに規制することができる。 4)窒化反応時の1100℃以降の昇温速度を遅くする
ことによって、生成AlN粉末の粗粒化やAl2O3粒
の粗粒化に起因する残存α−アルミナの発生等を防止で
きる。
法として 1)普通純度のアルミナ源より高純度のAlN粉末が得
られる。 2)減圧処理温度を800〜1100℃とすることによ
って、有害不純物であるSi,Fe,Na等の陽イオン
不純物を除去しながら、有用成分であるCa分は残存さ
せることが出来る。 3)微粒化剤やカーボン量を少量化することによって、
微粒化効果を上げつつ製品AlN粉末中のカーボン量を
安定的に減らし、又、脱炭処理が容易になるので酸素含
有量も低レベルに規制することができる。 4)窒化反応時の1100℃以降の昇温速度を遅くする
ことによって、生成AlN粉末の粗粒化やAl2O3粒
の粗粒化に起因する残存α−アルミナの発生等を防止で
きる。
Claims (2)
- 【請求項1】 カルシウム化合物をCa元素として0
.010〜0.030重量%, 酸素含有量0.6〜1
.1重量%を含有すると共にFe・Si等の不可避的陽
イオン不純物が金属元素として400ppm以下,炭素
含有量300ppm以下で、平均粒径1〜5μm,50
0kg/cm2での加圧嵩密度が1.50〜1.90g
/cm3であることを特徴とする焼結原料用窒化アルミ
ニウム粉末。 - 【請求項2】a)実質的にα−アルミナを含有しない純
度99.0重量%以上であって、ソーダ分がNa2Oと
して0.90重量%以下、不可避的金属不純物が酸化物
として単独で400ppm以下,合計で1000ppm
以下、含浸被覆されたCaOがCa元素として0.00
8〜0.025重量%であり、且つ粒径が0.2〜5μ
mでBET比表面積が30m2/g以上である遷移アル
ミナに、 b)■平均粒径がアルミナより微粒で且つ0.3μm以
下であり灰分が0.3重量%以下のカーボンブラックを
アルミナに対して、アルミナ:カーボン=1:0.36
〜0.45の重量比で、■生成AlNの微粒化剤として
1000℃以下で液相を経ることなく固相のまま又は気
相を経由して炭素化する有機化合物をアルミナとカーボ
ンブラックとの総量に対して1〜5重量%、及び■有機
粉砕助剤をアルミナに対して0.5〜3重量%添加した
後、 c)上記混合物を軽装嵩密度が0.3〜0.6g/cm
3になるように乾式混合粉砕し、 d)次いで、窒化反応炉内で窒素ガス雰囲気にて、順次
■常温から最高1100℃まで適宜昇温させ、■800
〜1100℃の温度帯域にて30トール以下の減圧下で
減圧精製処理し、■次いで最高1600℃まで、20℃
/hr以下の昇温速度でアルミナの表面を優先窒化反応
させた後、■1500℃以上で窒化反応を完結させ、e
)所望により、解砕処理した後に、酸化性雰囲気中で脱
炭処理することを特徴とする焼結原料用窒化アルミニウ
ム粉末の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3047435A JPH04265208A (ja) | 1991-02-21 | 1991-02-21 | 焼結原料用窒化アルミニウム粉末及びその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3047435A JPH04265208A (ja) | 1991-02-21 | 1991-02-21 | 焼結原料用窒化アルミニウム粉末及びその製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04265208A true JPH04265208A (ja) | 1992-09-21 |
Family
ID=12775079
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3047435A Pending JPH04265208A (ja) | 1991-02-21 | 1991-02-21 | 焼結原料用窒化アルミニウム粉末及びその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04265208A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012121742A (ja) * | 2010-12-06 | 2012-06-28 | Tokuyama Corp | 球状窒化アルミニウム粉末の製造方法 |
| JP2013107805A (ja) * | 2011-11-23 | 2013-06-06 | Tokuyama Corp | 窒化アルミニウム粉末および窒化アルミニウム粉末の製造方法 |
| JP2014080362A (ja) * | 2013-12-06 | 2014-05-08 | Tokuyama Corp | 窒化アルミニウム粉末 |
| JPWO2021131407A1 (ja) * | 2019-12-23 | 2021-07-01 | ||
| WO2021161883A1 (ja) | 2020-02-10 | 2021-08-19 | 株式会社トクヤマ | 窒化アルミニウム粉末および製造方法 |
| JP2026027946A (ja) * | 2024-08-06 | 2026-02-19 | 株式会社Maruwa | 窒化アルミニウム粉末及びその作製方法並びに高分子組成物 |
-
1991
- 1991-02-21 JP JP3047435A patent/JPH04265208A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012121742A (ja) * | 2010-12-06 | 2012-06-28 | Tokuyama Corp | 球状窒化アルミニウム粉末の製造方法 |
| JP2013107805A (ja) * | 2011-11-23 | 2013-06-06 | Tokuyama Corp | 窒化アルミニウム粉末および窒化アルミニウム粉末の製造方法 |
| JP2014080362A (ja) * | 2013-12-06 | 2014-05-08 | Tokuyama Corp | 窒化アルミニウム粉末 |
| JPWO2021131407A1 (ja) * | 2019-12-23 | 2021-07-01 | ||
| WO2021131407A1 (ja) * | 2019-12-23 | 2021-07-01 | 日本碍子株式会社 | 窒化アルミニウム粒子 |
| WO2021161883A1 (ja) | 2020-02-10 | 2021-08-19 | 株式会社トクヤマ | 窒化アルミニウム粉末および製造方法 |
| JPWO2021161883A1 (ja) * | 2020-02-10 | 2021-08-19 | ||
| KR20220138379A (ko) | 2020-02-10 | 2022-10-12 | 가부시끼가이샤 도꾸야마 | 질화알루미늄 분말 및 제조 방법 |
| US12384678B2 (en) | 2020-02-10 | 2025-08-12 | Tokuyama Corporation | Aluminum nitride powder and method for manufacturing the same |
| JP2026027946A (ja) * | 2024-08-06 | 2026-02-19 | 株式会社Maruwa | 窒化アルミニウム粉末及びその作製方法並びに高分子組成物 |
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